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编者按 地下管线调查是香港乃至全球范围内的新兴行业，香港理工大学地下管线测量及管理专业旨在应对快速增长和日益复杂的地下管线网，包括供水、排水、污水处理、电力、天然气、电信管道和电缆的现实需求而设。这个相对新的行业将土地测量学科从对地面的特征描绘扩展到了地下看不见的环境，因为人们逐渐意识到对地下管网的监控和维护不足会引起严重的城市灾害，使得这一行业的需求正在不断增长。 当前，对管线测量的需求不仅是为了建造安全，更是为了能用GIS将来自不同地下管线承办商的信息导到统一的订制数据库中，从而构建精确的3D城市模型。地下管线调查技术可为不同阶段的一系列地下管线问题提供解决方案。这些问题包括 （1）初始系统和工程设计； （2）施工前工程勘测和制图； （3）施工后勘测、制图、监控和维护； （4）数据、风险、运营和资产管理。 面对来自整合地面上和地下的空间信息的挑战，目前中国大陆及香港地区都非常缺乏训练有素的地下管线调查专家。再加上持续增长的城市化和地下管网建设项目，预计未来将需要更多合格的地下管线调查专家。而验证管线调查技术，并对操作人员进行资格认证，能有效规范行业市场。 典型地下管线测量技术及验证案例 目前管线调查技术的能力和局限性仍存在许多未知，绝大部分的成果与失败例子都是由客户提供的“事后”数据或开挖后的观察所印证。全尺寸的控制实验可以验证管线调查技术的有效范围和适用条件。以下介绍几个典型的在香港理工大学（图1）的管线调查技术的验证实验。
有资质的实验室可为从业人员提供理想的控制环境，以验证他们的调查方法、程序和调查设备，以及进行人员培训。在实验室中可以实际模拟各种类型的地下设施空间位置，入口和阀室的方向、大小、材料和深度，以及覆盖材料（土壤、沥青和混凝土）的特性等等。操作人员可以测试不同的地下管线调查技术的可行性、准确性和约束条件。 1、探地雷达检测管线漏水点 地下管网道通常被用作侵蚀性化学物质的输送通道，而随着地下管道的老化，能识别此类地下泄漏的非开挖检测方法至关重要。由于电磁波对土壤中水分的敏感性很高，通过实地的模拟实验，验证用探地雷达（GPR）寻找管线漏水点的可行性（图2）。在此全尺寸（20m长×10m宽）的实验装置中，模拟了一段道路结构，预埋了一段金属水管，水管有四个已知漏水点。该实验路面一半用钢筋混凝土铺成，另一半用铺路砖铺成。然后测试了四个标称频率分别为200，250，400、600和900MHz的探地雷达探测信号。然后用改进的波速计算算法，分别测量了当水向上和向下泄漏时的电磁波速度和波混响的变化。在600MHz探地雷达数据中可以最清楚地识别泄漏。模拟实验结果肯定了探地雷达在检测多个泄漏点的旧水管，以及新铺管线进行测试和调试的潜能。
2、管线电缆地图标注器的电磁耦合效应实验 管线电缆地图标注器是目前市面上对地下管线探测应用得最普遍的技术。尽管其有效并广受欢迎，但是由于有耦合效应，当探测紧邻的地下管线时，其可靠性和准确性始终存疑。在香港理工大学的室内地下管线设施实验室中进行了一系列验证实验，研究由相邻电缆和金属管道的耦合效应引起的电磁场的特征，建立不同地下条件下的电磁场“指纹”。通过11种设置，260个实验，发现耦合效应对主动电磁地图标注有显著的影响（图3）。而比对香港EMSD中对合格电缆检测人员的要求，以及BSI PAS 128（2014）英国标准中的精度要求，指出未来标准修订中应考虑电磁耦合效应对探测精度的影响。
3、管内热红外成检测 有多种技术可用于植入管线内检测，包括CCTV、声呐、激光和热红外等。设计并定制了内部自建管道内红外热成像系统（IPITS）,并在新加坡的两条下水道中进行主动和被动红外热成像（IRT）验证。该系统利用热图像对地下下水管道的管内状况进行成像和诊断。结果显示，使用主动IRT（加热）拍摄的图像可以成像，并显示出CCTV的传统目视检查无法轻易发现的衬里缺陷。这类缺陷包括气泡、起皱和分层或构造细节。然后使用图像处理算法可自动估算缺陷的尺寸。而被动IRT（不加热）捕获的图像可用于识别可疑的渗水点，此案例研究的结果为使用CCTV和红外摄像机的并行检查的先例。 4、声学泄漏噪声关联检测漏水点 声学泄漏噪声关联（LNC）是识别地下管道泄漏和爆裂或加压水主管的最常用方法之一。其操作原理是，接到管道两个接触点的传感器会沿管道产生声噪声，在相关幅度为最大的位置处识别为泄漏点。为了模拟管道泄漏产生的异常声噪声并研究各种参数（即压力、流速、弯曲、背景噪声）对这种关联方法的影响，香港理工大学的地下管线测量实验室建立了一个承压水管网络。通过分别或依次打开/关闭五个阀门，并在各种压力水平下运行系统来模拟地下水泄漏状况。该系统可以更好地了解在现场各种参数下，LNC的能力和局限性，为设备校准服务。 对地下管线调查服务进行验证和认证 地下管网排查的工业界的经验和学界的研究表明，成功率常常远低于预期。为了提高地下管网排查的精度和效率，重要的影响因素和应对手段是当前的研究重点。 影响地下管网排查的重要参数 通过研究各种管线调查技术的案例，以下五个因素（4MIE）被认为是影响检测结果的重要因素（ISOIEC 17025） （1）“M1:Man/women”是服务提供商，操作人员是否熟练，经验丰富且训练有素。 （2）“M2:Method”为操作方法，相关人员是否有计划并遵循公认的操作程序。 （3）“M3:Machine”是仪器，仪器种类繁多，是否选择了合适的设备。 （4）“M4:Material”是材料，地下管网排查的技术有多种，适用于不同材料，是否选择合适的技术。 （5）“E:Environment”是环境，是否明确排查的要求。 不成功的管线调查，主要原因是服务提供商“M1”缺乏应有的专业知识培训，没有标准化的工作方法“M2”，以及缺少对仪器“M3”的正确使用/校准。以上问题一定程度上与人为错误有关，可以通过方法验证和认证有效地改善。复杂地下材料“M4”在管网排查中也起着重要作用，但在特定情况下也可能是该技术的局限性。对于使用地下管网排查技术的任何土木工程问题中的“M4”和“E”，建立特定的验证实验和数据集以对现场工作中的数据集进行指纹识别非常重要。 香港的地下管网排查服务的认证现状 英国、美国、马来西亚和香港对地下管线调查的准确性有各种要求，但世界范围内没有针对地下管线调查的行业认可的标准。这样的项目计划为系统性建立该行业的许可作示范，就像在对人体进行测试之前放射治疗师必须获得许可一样。香港管线专科学院和香港管线培训学院提供一些培训和指导方针，例如埋入式电力电缆和煤气管的主管人员，以及对下水道和排水管进行闭路电视监控，但是这些都是临时的，而拟议的检查计划则要求在香港认可实验室计划中标准化的框架中进行整个认证。 香港理工大学正在开发基于无损检测、测量、成像和诊断（NDTSID）方法的地下管网测量规范和认证标准，旨在审查和整合当前的国际和本地NDTSID地下公用事业测量方法。通常，准确性要求是一种基于结果的方法，通过将调查数据与地面真实情况进行比较来评估地下管网的调查质量，而香港此项目中提出的设备校准等规范和认证标准则侧重于人员、设备、材料和程序这五个方面，要求更高的准确性水平。该项目的可交付成果包括一套六种NDTSID规范和认证标准，用于香港甚至亚洲的地下管线调查。此规范提出以下验证步骤 （1）通过数值模拟或实体实验，有控制地模拟特定的土木工程问题。标准化数据采集、处理和成像程序。 （2）进行数值建模/实验室实验，或者参考先前的排查结果进行地面验证以建立验证数据集，然后进行实际的现场工作。 （3）比较验证数据集和现场数据集之间的二维和三维成像。 （4）使用误差传播模型，例如，不确定性测量准则来量化不同变量（天线频率、目标深度、目标特性和覆盖材料特性）的影响，以估计精度("JCGM:100,"2008)。 （5）根据传感器频率、目标深度、目标特性和覆盖的材料特性，估算深度范围极限，横向和纵向分辨率极限。 （6）建议在特定的土木问题中划分“可以”和“不能”操作界限。 2019年1月10日举行了研讨会暨咨询论坛，吸引了来自政府部门、管线设施的相关方、服务提供商和商业实验室的180多人参加。论坛邀请了来自英国和美国的三位主讲人分享他们在地下管线调查中的经验，并评论了管线调查的国际规范的两种规格，分别是“1,1管线电缆地图标注/电磁地图标注”和“1,2探地雷达（GPR）”的第一版已在线发布。包括各轮咨询会议的评论于2019年3月至10月进行了6次，并在7个政府部门之间进行了通报，为行业提供了培训、采购的内部特定规范。 NDTSID规范和认证标准集将通过各种本地专业机构与本地从业人员分享，丰富本地从业者及其下游应用的知识，以扩大香港甚至亚洲的市场。而此认证标准为地下管线调查中可交付的成果提供了样板，并且可以作为对香港市场和亚太其他大城市中的地下管线调查进行认证的基础。 文、图/赖纬乐 罗享寰 (作者单位系香港理工大学土地测量及地图标注学系)
原文始发于微信公众号（地图标注）
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